Polimeri che possono uccidere i batteri

Gli scienziati sono ora un passo avanti verso l’eliminazione di questa minaccia, grazie a una collaborazione guidata dalla Texas A&M University che ha sviluppato una nuova famiglia di polimeri in grado di uccidere i batteri senza indurre resistenza agli antibiotici distruggendo la membrana di questi microrganismi.

“I nuovi polimeri che abbiamo sintetizzato potrebbero aiutare a combattere la resistenza agli antibiotici in futuro fornendo molecole antibatteriche che operano attraverso un meccanismo contro il quale i batteri non sembrano sviluppare resistenza”, ha affermato il dottor Quentin Michaudel, assistente professore presso il Dipartimento di Chimica e responsabile ricercatore nella ricerca, pubblicata l’11 dicembre nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS).

Lavorando all’interfaccia tra chimica organica e scienza dei polimeri, il Laboratorio Michaudel è stato in grado di sintetizzare il nuovo polimero progettando attentamente una molecola carica positivamente che può essere cucita molte volte per formare una grande molecola composta dallo stesso motivo carico ripetuto utilizzando un materiale accuratamente selezionato catalizzatore chiamato AquaMet. Secondo Michaudel, quel catalizzatore si rivela fondamentale, dato che deve tollerare un’elevata concentrazione di cariche ed essere anche solubile in acqua, una caratteristica che descrive come insolita per questo tipo di processo.

Dopo aver ottenuto il successo, il Michaudel Lab ha messo alla prova i suoi polimeri contro due principali tipi di batteri resistenti agli antibiotici – E. coli e Staphylococcus aureus (MRSA) – in collaborazione con il gruppo della Dott.ssa Jessica Schiffman presso l’Università del Massachusetts Amherst. In attesa di questi risultati, i ricercatori hanno anche testato la tossicità dei loro polimeri contro i globuli rossi umani.

“Un problema comune con i polimeri antibatterici è la mancanza di selettività tra batteri e cellule umane quando prendono di mira la membrana cellulare”, ha spiegato Michaudel. “La chiave è trovare il giusto equilibrio tra l’inibizione efficace della crescita dei batteri e l’uccisione indiscriminata di diversi tipi di cellule”.

Michaudel attribuisce alla natura multidisciplinare dell’innovazione scientifica e alla generosità dei ricercatori dedicati in tutto il campus e nel paese della Texas A&M il merito del successo del suo team nel determinare il catalizzatore perfetto per l’assemblaggio delle loro molecole.

“Questo progetto è stato elaborato per diversi anni e non sarebbe stato possibile senza l’aiuto di diversi gruppi, oltre ai nostri collaboratori dell’UMass”, ha affermato Michaudel. “Ad esempio, abbiamo dovuto spedire alcuni campioni al Letteri Lab dell’Università della Virginia per determinare la lunghezza dei nostri polimeri, cosa che ha richiesto l’uso di uno strumento che pochi laboratori nel paese possiedono. Siamo inoltre enormemente grati a [biochemistry Ph.D. candidate] Nathan Williams e il dottor Jean-Philippe Pellois qui alla Texas A&M, che hanno fornito la loro esperienza nella nostra valutazione della tossicità nei confronti dei globuli rossi.”

Michaudel afferma che il team si concentrerà ora sul miglioramento dell’attività dei suoi polimeri contro i batteri – in particolare, sulla loro selettività per le cellule batteriche rispetto alle cellule umane – prima di passare a in vivo saggi.

“Stiamo sintetizzando una varietà di analoghi con questo obiettivo entusiasmante in mente”, ha affermato.

L’articolo del team, che include il membro del Michaudel Lab e il dottorato in chimica della Texas A&M. laureata Dr. Sarah Hancock ’23 come primo autore, può essere visualizzato online insieme alle relative figure e didascalie. Altri contributori chiave del Michaudel Lab sono lo studente laureato in chimica An Tran ’23, lo studioso post-dottorato Dr. Arunava Maity e l’ex studioso post-dottorato Dr. Nattawut Yuntawattana, che ora è assistente professore di scienza dei materiali presso l’Università Kasetsart in Tailandia.

Questa ricerca è stata finanziata principalmente dal National Institutes of Health Maximizing Investigators’ Research Award (MIRA) di Michaudel attraverso l’Istituto nazionale di scienze mediche generali.

Nato a La Rochelle, in Francia, Michaudel è entrato a far parte della facoltà di Chimica della Texas A&M nel 2018 e ricopre un incarico congiunto presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali. Oltre a un NIH MIRA nel 2020, i suoi riconoscimenti alla carriera fino ad oggi includono un premio 2022 della National Science Foundation Faculty Early Career Development (CAREER), un premio Young Investigator dell’American Chemical Society Polymeric Materials: Science and Engineering (PMSE) 2022 e un Thieme 2021 Premio riviste di chimica.